基于非共线布里渊放大的高功率激光串行相干组束技术研究

高功率激光相干组束是固体激光器获得高亮度输出的有效途径之一，目前关于受激布里渊散射相干组束的工作主要集中在并行组束方面，这类组束为了实现各个光束间的相位锁定，使得结构复杂，功率负载低。针对这些问题本项目利用布里渊高效放大的优点创新性地提出了非共线串行组束方案，该方法可获得近衍射限的优质高功率激光输出，且结构简单，不需要精确的相位控制，实用性强。本项目以单光束抽运共线布里渊放大的理论为基础建立多光束抽运非共线放大的组束模型，研究抽运光和Stokes光的角度变化、强度比值的变化对组束效率的影响，分析抽运光的延时、偏振态和畸变等参量对组束效率和输出光束质量的影响，优化获得高功率高光束质量输出的最佳实验参数和结构参数。根据理论分析的结果设计高功率激光多光束组束的实验方案，验证极多光束组束输出的可行性。建立一套能够设计大于10Hz重复频率工作、输出能量在数十焦耳以上相干组束的理论计算模型和实验数据。

本项目所提出的基于非共线布里渊放大的串行组束，是获得高光束质量高功率相干激光组束输出的一种有效方法。经过三年的研究，取得了一系列研究成果：（1）得出了非共线SBS放大条件下增益系数g和等效相互作用长度的数学表达式，在此基础上给出了三维模型的计算方法，并进行了理论计算和数值模拟。（2）从理论上和实验上研究了泵浦参数、结构参数和介质参数对组束过程中的能量提取效率及光束质量的影响；研究了Stokes光强度远超于泵浦光强度时的布里渊放大过程；建立了强Stokes光信号条件下的布里渊放大过程的理论模型，并给出了数值模拟结果。（3）针对非共线SBS激光组束方法，提出了一种解决非共线放大时由于频率失谐而导致增益下降的问题的方法，建立了该方法的理论模型，并进行了实验验证。（4）设计并搭建了基于非共线布里渊放大的高功率组束激光系统；搭建了三面共振单纵模激光振荡器，获得了稳定的高光束质量激光脉冲输出；扩展了模块化的激光放大器设计，简化了组束激光系统的结构；建立了非共线SBS激光组束演示系统。.在项目执行期间，在国内外期刊上发表学术论文7篇，其中被SCI录用5篇；申请国家发明专利1项，获得授权国家发明专利3项；项目负责人2011年获得总装备部“十一五”“863计划”先进个人称号1次；获得2013年度黑龙江省科学技术奖（自然类）一等奖（排名第4）1项；项目负责人2013年参加了在俄罗斯托木斯克举行的第十一届 “原子与分子激光” 国际学术会议，并代表项目组在大会上做特邀报告1次；培养硕士毕业生2名，协助培养硕士生2名，协助指导博士研究生3名。